AR 技术在小学三年级“太阳、地球和月球”单元教学中的应用研究

一、引言

在小学科学教育中，“太阳、地球和月球”单元是帮助学生建立基础宇宙观的重要内容。该单元涉及复杂的天体运动和空间位置关系，如地球的自转与公转、昼夜交替、月相变化等知识，对于三年级学生抽象思维尚未成熟的特点来说，理解难度较大[1]。增强现实（AR）技术能够将虚拟信息与现实场景相结合，通过三维动态模型、可视化动画等形式呈现教学内容，为解决此类教学难点提供了新途径。本研究旨在探索 AR 技术在“太阳、地球和月球”单元教学中对学生空间认知能力培养的作用，助力小学科学教学质量提升。

二、AR 技术应用于小学科学教学的理论基础

（一）建构主义学习理论

建构主义认为，学习是学习者在一定情境下，借助他人帮助，利用必要学习资料，通过意义建构的方式获得知识[2]。AR 技术为学生创建了沉浸式的学习情境，学生可以通过与虚拟天体模型的交互，主动探索天体间的关系，构建自己对“太阳、地球和月球”知识的理解。

（二）具身认知理论

具身认知理论强调身体体验在认知过程中的重要性。AR 技术让学生在真实环境中与虚拟的天体模型进行互动，如通过手势操作模拟地球自转，这种身体的参与和感知能够加深学生对抽象空间概念的理解[3]。

三、 AR 技术教学应用设计

（一）教学内容与 AR 技术融合方案（见表 1）

（二）AR 技术在“太阳、地球和月球”单元教学中的应用设计

1.教学目标分析

在知识与技能方面，学生需掌握太阳、地球和月球的基本特征、运动规律及其相互关系；在过程与方法上，通过 AR 技术的互动操作，培养学生的观察能力和空间想象能力；在情感态度与价值观方面，激发学生对宇宙科学的兴趣，培养科学探究精神。

2.教学内容与 AR 技术的结合

利用 AR 技术，将太阳、地球和月球以三维立体模型呈现，学生通过移动设备扫描特定图片，即可全方位观察天体表面特征，如月球上的环形山、地球的海陆分布等。通过 AR 动画模拟地球的自转与公转，学生可以直观看到昼夜交替和四季变化的成因；同时模拟月球绕地球的公转，帮助学生理解月相变化的原理[4]。

3.教学活动设计

在课堂导入环节，教师展示带有 AR 标识的卡片，学生使用手机或平板扫描，呈现动态的太阳、地球和月球，引发学生学习兴趣。在知识讲解过程中，教师引导学生通过 AR 应用操作虚拟天体模型，进行小组讨论，探究天体运动规律。在课后拓展环节，布置基于 AR 技术的探究任务，如利用 AR 应用观察不同日期的月相，并记录分析。

四、研究方法与实验设计

（一）研究方法

本研究采用实验研究法，选取两个小学三年级平行班，一个为实验班（采用 AR 技术教学），一个为对照班（采用传统教学方式）。实验前后分

别对两个班学生进行空间认知能力测试，并收集学生对教学效果的反馈。

（二）实验工具

使用专门开发的“太阳、地球和月球”AR 教学应用，该应用具备三维模型展示、动态运动模拟、交互操作等功能；空间认知能力测试题参考相关研究成果进行编制，并经过专家审核确保效度[5]。

（三）实验过程

实验周期为一个月，涵盖“太阳、地球和月球”单元的全部教学内容。实验过程中，实验班严格按照 AR 技术教学设计开展教学，对照班采用传统的图片、视频和教师讲解的方式教学。

五、实验结果与分析

（一）空间认知能力测试成绩对比

实验前，实验班和对照班学生空间认知能力测试平均分分别为 62.3 分和 61.8 分，差异不显著（ _p>0.05）。实验后，实验班平均分提升至 82.5 分，对照班平均分提升至 70.2 分，实验班成绩显著高于对照班（ p≤0.05 ）[6]，表明 AR 技术教学对学生空间认知能力提升效果明显，见表 2。